Lighthill's Acoustic Analogy

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  • 8/19/2019 Lighthill's Acoustic Analogy

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    ∂ 2

    ρ

    ∂t2  − a2s ∂ 

    2

    ρ

    ∂x2i=   ∂ 

    2

    τ ij∂xi∂x j

     

     ρ  τ ij     as  

     

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    ∂ρ

    ∂t +

     ∂ρvi∂xi

    = 0  

      ρ    v    i − th    v  

    ρ∂vi∂t

      + ρv j∂vi∂x j

    = −∂p

    ∂xi−

    ∂τ ij∂x j

    =  ∂ 

    ∂x j( pδ ij +  τ ij)  

       p    τ ij    δ   

      [τ ]  

    τ ij  = −µ

    ∂vi∂x j

    + ∂v j∂xi

    +

     2

    3µδ ij

    ∂vk∂xk

     

      µ     v    p    p − p0    

    ρ∂vi∂t

      + vi∂ρi∂t

      + ρv j∂vi∂x j

    + vi∂ρv j∂x j

    =  ∂ 

    ∂x j(( p − p0)δ ij − τ ij)  

     

    τ I 

    τ I ij  = ρviv j + ( p − p0)δ ij − τ ij

     

    ∂ρvi∂t

      =∂τ I ij∂x j

     

     

    τ uij  = ( p − p0)δ ij

     

    ∂ρvi

    ∂t  +

      ∂ 

    ∂t( p − p0) = 0  

     

     p = p − p0

    ρ = ρ − ρ0

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     p

    ρ  = c2

      p0    ρ0    c  

       p − p0    c2ρ   ∂/∂xi  

    ∂ 

    ∂t

    ∂ 

    ∂xi(ρvi) +

      ∂ 2

    ∂x2i(c2ρ) = 0  

     

    ∂ 2ρ

    ∂t2  −

    ∂ 2

    ∂x2i(c2ρ) =

     1

    c2∂ 2

    ∂t2  −

    ∂ 2

    ∂x2i

    (c2ρ) = 0  

     

      ρ = ρ − ρ0  = 0

    Lij  = τ I ij − τ 

    0

    ij

    Lij  = ρviv j + (( p − p0) − c2(ρ − ρ0))δ ij − τ ij  

      Lij  

     

    ∂ρvi∂t

      + ∂τ ij∂xi

    =∂ (τ I ij − τ 

    0ij)

    ∂xi

    ∂ρvi∂t

      +  ∂ 

    ∂xi(c2(ρ − ρ0)) = −

    ∂Lij∂xi

     

      ρvi  

     1

    c2∂ 2

    ∂t2 −

    ∂ 2

    ∂x2i

    (c2(ρ − ρ0)) = −

    ∂ 2Lij∂xi∂x j

     

     

     

     

     

      vi  

      ρviv j     eij  

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      (( p − p0) − c2(ρ − ρ0))  

     

    Lij   ≈ ρviv j

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      ρ     p

     

     

     

     

     

     

     

    LoΠ = Γ  

     

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      Lo  ≡  DoDt

    Do2

    Dt2  −

      ∂ ∂xi

    c2   ∂ ∂xi

    + 2 ∂U 

    ∂xi∂ 

    ∂x1c2   ∂ 

    ∂xiDoDt

      =   ∂ ∂t

     + U    ∂ ∂x1

     

    Π ≡   1κ

     ln   p p0

     

    c2 = κRT o  

     

    ∂Q

    ∂t  +

     ∂ E 

    ∂x  +

     ∂ F 

    ∂y  +

     ∂ G

    ∂z  =

     ∂E υ∂x

      + ∂ F υ

    ∂y  +

     ∂Gυ∂z

     

     

    Q =

    ρρuρυρωρE 

      E  =

    ρuρu2 + p

    ρuυρuω

    (ρE  + p)u

    F   =

    ρυρυu

    ρυ2 + pρυω

    (ρE  + p)υ

      G =

    ρωρωuρωυ

    ρω2 + p(ρE  + p)ω

    E υ  =

    0τ xxτ xyτ xz

    uτ xx

     + υτ xy

     + ωτ xz− q 

    x

    F  =

    0τ yxτ yyτ yz

    uτ yx + υτ yy  + ωτ yz − q y

    G =

    0τ zxτ zyτ zz

    uτ zx + υτ zy + ωτ zz − q z

      q x   q y   q z    

     

     

     

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     p2 =  p12γM 2s   − γ  + 1

    γ  + 1  

    ρ2 =  ρ1

      (γ  + 1)M 2s

    (γ − 1)M 2s  + 2

     

    u2 =  cs

    2(M 2s   − 1)

    (γ  + 1)M 2s

     

      cs    ρ1   p1     a0     ρ2   p2     u2    M s =   cs/a0  

      x > a0t    t = 0

    ρ(x, 0) = f (x)   ∂ρ∂t

    (x, 0) = g(x)  

     f  = ρ1    g = 0  

    ρ(x, t) =

      ρ1, x > cst

    ρ2, a0t < x < cst

     

     

    ρ2 =  ρ1 +  1

    a20− c2s

    2γp1(M 

    2s   − 1)

    γ  + 1  −

    2a20 p1(M 

    2s   − 1)

    (γ − 1)M 2s  + 2  −

    4ρ1(M 2s   − 1)

    (γ − 1)M 2s  + 2

    1

    (γ − 1)M 2s

     

     

     

     

     

     

     

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    https://www.dropbox.com/s/cj8ips08dnihz62/Flow%20Induced%20Noise%20Simulation.pdf/https://www.dropbox.com/s/cj8ips08dnihz62/Flow%20Induced%20Noise%20Simulation.pdf/

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    http://www.cfd.tu-berlin.de/index.php?sec=research&subsec=acoustics&subsubsec=overview&lang=english/http://www.cfd.tu-berlin.de/index.php?sec=research&subsec=acoustics&subsubsec=overview&lang=english/